银家沟矿山环境治理分析

2021-03-07刘家橙刘家橘王晓燕张馨元

露天采矿技术 2021年1期

刘家橙，刘家橘，王晓燕，赵珂，张馨元

（1.河南省地质调查院，河南郑州 450007；2.地下清洁能源勘查开发产业技术创新战略联盟，河南郑州450007 3.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南郑州 450007）

目前，国家对矿山生态环境越发重视，注重生态环境效益，社会经济和生态环境统一协调发展，通过空间规划和管理手段，采取防范性措施，减少地质环境问题的发生[1]。

根据《国土资源部办公厅关于做好矿山地质环境保护与土地复垦方案编报有关工作》的规定，对银家沟矿山收集到的各种资料和实地调查结果进行分析，研究矿山存在的地质环境问题，对复垦区划分复垦单元。主要研究矿山在开采、闭坑阶段的地质环境保护与土地覆绿问题，最大限度地减轻矿业活动对地质环境的影响，实现矿山环境的有效保护，集约节约利用土地，科学、合理地做好生产建设项目土地复垦工作，达到防灾、减灾的目的。

1 矿山地质环境与土地复垦分析

1）矿山地质环境影响。银家沟矿山位于灵宝县朱阳镇南，面积为69.05 km2，矿区主要由矿山道路、1#～8#采区，工业场地、废石场等组成，开采矿种为硫铁矿、硅石矿等矿，1#采区为露天开采，其余采区为地下开采、开采标高：+1 866～+400 m。经过长期的分析调查发现，地下开采会对矿上的地质环境造成影响，并且这种影响是持久性、连续性的，采矿区诱发的地面塌陷、地裂缝及崩塌是间接破坏土地[2]。银家沟矿体和矿床围岩岩层产状变化大，断裂构造发育或有活动断裂，导水断裂带切割矿层围岩、覆岩和主要含水层，导水性强[3-4]，硫铁矿体岩体结构类型为整体块状及碎裂镶嵌状、接触带部位，局部裂隙较发育；在雨水琳溶作用下产生酸、碱污染物可能引起土壤污染，采矿活动对地质环境的影响较强烈。

2）矿区地质环境治理目标。根据河南省《关于改进土地复垦方案审查工作的通知》和《灵宝市地质灾害防治规划》（2015—2020 年），充分考虑矿山的地质环境条件的差异和潜在的地质灾害隐患点的分布、危险程度，进行矿山地质环境保护与恢复治理。根据前期调查土地复垦适宜性评价的结果，考虑本矿山的自然条件，确定本次土地治理目标。通过采取适当的工程技术和植被重建措施，恢复生产建设过程中破坏的土地和植被，保护生态环境。矿山地质环境治理目标划分见表1。

表1 矿山地质环境治理目标划分

3）矿山土地损毁预测。矿山土地破坏时序与矿山建设、矿体开采顺序密切相关。矿山道路建设和一些基建阶段进行挖高填低，破坏了原有的地形地貌景观。土石剥离、废渣堆排开采阶段对植被占压破坏，可能引起坍塌等地质灾害。矿渣琳溶闭坑阶段可能造成边坡失稳、水土环境污染问题。不同的开采工艺对土地的损毁形式不同，根据生产工艺流程和矿山平面布置，进行实地勘查矿区土地损毁方式主要为挖损、压占和塌陷。

4）土地损毁程度。土地损毁程度分析主要由场地压占和地下开采造成的地表沉陷变形及露天采场挖损所引起。开采终了时底部周界为凹陷露天矿，容易积水，采场边坡角70°，选择的评价因子为挖掘深度、挖掘面积、挖掘边坡度、积水状况[5]。工业场地对土地压占贯穿建设期和生产运行期，压占时间远超过多年，损毁地类为有林地和其他草地。矿山道路对原有地貌进行了改变，已对土地压占多年，还将继续压占。废石场1#～8#数量，选择的参评因子为压占面积、排土高度、边坡坡度、破坏土层厚度、压占时间及原土地利用类型。废石场对地表土壤结构破坏严重，治理难度较大，压占时间大于1 年，压占类型为有林地和其他草地；综上所述判断土地损毁程度为重度。废石堆存浸出液中各项有毒有害元素浓度均低于GB 5085.3—2007 危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别的标准，对土地污染较小。依据地表各损毁区域的损毁类型、原有地类、损毁面积、损毁程度，综合分析其损毁程度。矿山土地损毁程度情况表见表2。

表2 矿山土地损毁程度情况表

5）工程技术方案。矿山存在露天采场、工业场地、废石场等地质环境治理问题，结合破坏的土地类型同时调查矿山周边的社会经济状况，对压占、挖损、地面塌陷等土地资源破坏区域，提出土地复垦治理方案分析，矿山环境治理与土地复垦技术路线如图1。

图1 矿山环境治理与土地复垦技术路线

2 矿山恢复治理方案

1）露天采场恢复治理工程。防止露天采场边坡的危岩从裂缝变形到发生崩塌，在这个期间对危岩的变形进行观测，并提出中短期发生崩塌可能性的预测。对观测到的危岩体及时进行人工钎撬或炮炸清除措施，生产期，对露天开采造成的边坡危岩进行及时清除，消除崩塌隐患。①为了防止露天采场平台覆土后的水土流失，在平台外侧修建挡土墙，然后再覆土绿化。挡土墙采用浆砌石，利用本矿山的块石。施工前须将台阶上碎石浮土清理干净，砌筑时要分层错缝砌筑，基顶不得做成垂直通缝；②防止坡面汇水冲刷覆土，在露天采场内侧边坡坡脚处修建0.5 m 高度截水沟，将坡面汇水引出治理区，建议截水沟采用梯形浆砌石结构，块石等级强度为Mu20，采用M10 砂浆砌筑，墙面斜率为1∶0.3，高度0.5 m，底部宽0.3 m，每10 m 设置1 道伸缩缝，缝宽20 mm，伸缩缝处填塞沥青油毡止水，避免水土流失。

2）工业场地恢复治理工程。进行工业场地平整工程，使场地尽可能避免出现高低不平的地段。在土地平整范围内实现土方量的填挖平衡，参照同类土、岩体的稳定性边坡度值确定，治理后同一标高的平台坡度一般不超过5°，对平整后的土壤进行必要的碾压，使其达到天然土壤的干密度[6]。由于压占等建筑因素导致土壤砾石含量过高，在进行土地平整时对表面砾石含量高的土壤进行砾石清理，以满足林草的生长需要。

3）废石场治理工程。研究废石场下游布设浆砌石挡渣墙工程，挡渣墙采用梯形断面，M7.5 浆砌石结构，面坡比1∶0.2，背坡比1∶0.4。其中1#采区废石场设计挡渣墙高4.8 m，墙顶宽0.8 m，墙底倾斜坡率0.05∶1，直接座于新鲜基岩上，基础进入新鲜基岩不小于0.3 m；其余采区废石场设计挡渣墙高1.6 m，墙顶宽0.4 m，墙底倾斜坡率0.05∶1，直接座于新鲜基岩上，基础进入新鲜基岩不小于0.3 m。挡渣墙分段砌筑，每段长10 m，两端之间设沉降缝，缝宽2～3 cm，缝间填塞沥青油毡。在挡渣墙高2 m 处设直径φ100PVC 排水管，水平间距2 m，排水管进口包裹2 层400 g 土工反滤布，墙前伸出墙面20 cm，并保持倾向墙面3%的比降[7-8]，保证废石堆放安全及满足要求的排水设施。

4）塌陷区裂缝治理工程。矿山地表分布大范围第四系黄土，由于2#～8#采区开采造成地面塌陷裂缝的进行封填，裂缝封填可就近取土进行地裂缝的填埋、整平。人工作业处理在垂直于裂缝走向的自然地势上坡方向，取地表腐殖土厚30 cm 向后堆放，就近取土填缝，逐步后退，预先堆放的腐殖土，均匀回填。防止人畜误入塌陷区发生危险，在塌陷区入口醒目位置各设警示牌。

3 矿山土地复垦方案

1）土壤重构工程。对于进行表土剥离、覆土结合矿区土壤现状，土源不足情况下尽量不采取外购土源方式，可采取生土熟化或培育肥措施。在露天开采时，针对不同的开采时段，应对露天采场地表熟土进行剥离，剥离厚度为0.60 m。将剥离的表土临时堆放在废石场的表土堆存区，表层与深层单独存放。在土堆上播散草籽，周边设排水沟，防止土壤被雨水冲刷，待土地复垦时利用。待开采结束后，对露天采场采终平台首进行表土覆盖，表土来源是来自基建期剥离的表土，根据矿山林地的种植标准和实际经验设计，露天采场采终平台覆土厚度0.60 m，可满足乔、灌木的生长需要。

2）植被重建工程。利用植物及根际圈微生物体系的吸收、挥发和转化、讲解等作用机理，来清除土壤中的污染物质。根据矿山道路、露天采场、废石场土地复垦方向为有林地，乔木可选侧柏，株距1 m×1 m，草类可选香根草、三叶草适生性极强播撒。露天采场边坡下方种植爬山虎，种植密度1 株/1 m，及撒播根系发达草类品种。废石场边坡采用穴栽的方式进行覆土，覆土间距为2 m×2 m，树坑规格0.6 m×0.6 m×0.6 m。复垦有道路，行道树树种可选用侧柏，株距和行距均为2 m。造林前穴状整地，预先备好坑，暴露一段时间，坑内填适量土体；坑穴规格为径宽0.6 m，坑深为0.6 m，株行距为2 m×2 m，植树穴切忌挖成锅底形或无规则形，使根系无法自然舒展，坑植时带土球种植，满足植物的生长需要。工业场地有旱地，场地平整后对复垦区进行表土覆盖，可选择三叶草加狗牙根抗旱能力好，覆盖度高的植物配种模式。

3）地质环境监测。矿山地质灾害监测崩塌体的规模、形态，岩土体结构面的产状，裂缝的闭合程度，及大气降水与裂缝发展的关系。监测地面塌陷地表下沉量、水平移动量；监测地裂缝地宽度、深度、走向与长度、两侧相对位移等方面的变化等[9]。采用巡视、仪器测量等方法；地质环境监测点每月监测1 次，废石场雨季要加密监测，监测人员应及时整理监测资料，并与预测结果进行对比分析。对土地复垦率进行监测，核定损毁土地整治率、植被恢复系数、土地复垦率等主要指标，为土地复垦竣工验收及后期土地利用管理提供依据，具体通过测量生产项目各阶段占地面积、土地损毁类型及其分布，林草保存情况划定项目土地复垦责任范围，调查土地复垦分析中的各项防治措施的实施数量和质量，土地复垦措施管理、地表有无明显塌陷等。掌握土地损毁及复垦安排动态变化情况，确定复垦工程措施数量及效果。